(57)【要約】      （修正有）【課題】プラント運用計画立案の条件変更を柔軟にし、再計画をオペレータの少ない負担で行う得る広域プラントの運用装置を提供する。【解決手段】複数の施設を対象とするプラントの最適な運用計画を作成するプラント運用装置において、実績値に基きプラントの生産物の需要予測データを作成する需要予測部と、複数の施設の中で運用計画作成の対象とする施設を指定した条件定義データを作成する条件設定部と、予測された需要を満たすためのプラント運用計画の作成問題を、プラント運用に関わる制約条件と目的関数とで定式化された最適化問題として扱い、運用計画を作成する運用計画作成部と、前記運用計画作成部で作成された運用計画を表示する運用計画表示部と、前記運用計画作成部で作成された計画値と前記実績値との偏差を監視し、一定以上の偏差を検出した場合には前記運用計画作成部および前記需要予測部に再計画作成を指示する運用実績監視部とを備えた。【選択図】図１
2005222440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の施設を対象とする広域プラントの最適または準最適な運用計画を作成する広域プラント運用装置において、
実績値に基き前記プラントの生産物の需要を予測して需要予測データを作成する需要予測部と、
前記複数の施設中で運用計画作成の対象としない施設と運用計画作成の対象とする施設とを指定した条件定義データを作成する条件設定部と、
前記需要予測部により予測された需要を満たすためのプラント運用計画の作成問題を、プラント運用に関わる制約条件と目的関数とで定式化された最適化問題として扱い、運用計画を作成する運用計画作成部と、
前記運用計画作成部で作成された運用計画を表示する運用計画表示部と、
前記プラントを監視して前記実績値を取得するとともに、前記運用計画作成部で作成された計画値と前記実績値との偏差を監視し、一定以上の偏差を検出した場合には、前記運用計画作成部および前記需要予測部に再計画作成を指示する運用実績監視部と
を備えたことを特徴とする広域プラント運用装置。
【請求項２】
請求項１記載の広域プラント運用装置において、
再計画作成時に再計画範囲を限定する再計画範囲定義データが与えられて、前記条件定義データを作成する再計画条件設定部を備え、
前記制約条件を満たす再計画を得るまで、徐々に再計画範囲を拡大するように条件設定を行うことを特徴とする広域プラント運用装置。
【請求項３】
請求項２記載の広域プラント運用装置において、
前記運用計画表示部は、前記再計画範囲定義データを参照して再計画した範囲を明示的に表示することを特徴とする広域プラント運用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の施設を流体供給対象とする広域プラント、例えば広域上水道プラントの運用装置に係り、とくに原水の取水量や浄水場での総ろ過量、浄水場から配水池への送水量の時間的変動を極力低減させ、かつポンプの消費する電力の料金も極力低減するように最適化し、効率的かつ安定的な水運用制御を実現する広域プラントの最適運用制御を行う運用装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上水道プラントの運用においては、計算機を用いて単独の施設の運用計画を立案するシステムが既に一般化している。さらに、近年の水道広域化の進展に伴い、散在する浄水場や配水場といった施設を、計算機システムで一括して定常的に管理する流れが定着しつつある。
【０００３】
ここで、広域に散在する多数の浄水場や配水場を考慮した最適なプラント運用計画の立案を日々行うことは容易ではなく、計算機による運用計画の立案支援が益々重要となってきている。このため、既に、近似的に最適なプラント運用計画を立案するシステムが提案されている（特許文献１など）。
【特許文献１】特願２００３−０４１４２３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
実際のプラントの運用では、プラント運用計画を立案した後、実績値と計画値とを比較して計画通りに運用されているか否かを監視するのが一般的である。そして、実績値と計画値との乖離が一定以上になった場合には、プラント運用計画を立案し直す。これを、再計画という。
【０００５】
従来のシステムでは、プラントの施設数が少ない場合は再計画が少なく、影響範囲も限定されるが、広域上水道プラントでは、施設数が多いため、再計画の頻度が高くなり、また影響範囲も広くなる。影響範囲を限定するためには、再計画の範囲を少しずつ広げながら再計画を繰り返す必要があり、長い処理時間を要する。また、広範囲の運用計画が変更になる場合には、オペレータに重い負担が懸かる。
【０００６】
また、広域上水道プラントの運用では、日々の運用計画立案以外にも、工事実施時のプラント運用計画などの特殊な条件（例えば、ある連絡管が使用できないなどの条件）での運用計画立案も必要である。しかし、従来のシステムでは、プラント運用計画の条件を柔軟に変更することが困難である。
【０００７】
そして、管理する施設の広域化に伴い、効率的かつ安定的な上水道プラント運用を実現するため、プラント運用計画立案時の条件を柔軟に変更でき、さらに計画と実際とが異なる場合の再計画の処理時間をできるだけ短くし、かつ再計画の範囲を限定してオペレータの負担を軽減する必要がある。
【０００８】
本発明は上述の点を考慮してなされたもので、プラント運用計画立案時の条件を柔軟に変更でき、さらに計画と実際とが異なる場合の再計画を、オペレータの少ない負担で行い得る広域プラントの運用装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的達成のため、本発明では、請求項１ないし３記載の広域プラント運用装置を提供する。
【００１０】
請求項１記載の発明は、複数の施設を対象とする広域プラントの最適または準最適な運用計画を作成する広域プラント運用装置において、実績値に基きプラントの生産物の需要を予測して需要予測データを作成する需要予測部と、複数の施設の中で運用計画作成の対象としない施設と運用計画作成の対象とする施設とを指定した条件定義データを作成する条件設定部と、前記需要予測部により予測された需要を満たすためのプラント運用計画の作成問題を、プラント運用に関わる種々の制約条件と目的関数とで定式化された最適化問題として扱い、運用計画を作成する運用計画作成部と、前記運用計画作成部で作成された運用計画を表示する運用計画表示部と、前記運用計画作成部で作成された計画値と前記実績値との偏差を監視し、一定以上の偏差を検出した場合には前記運用計画作成部および前記需要予測部に再計画作成を指示する運用実績監視部とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１記載の広域プラント運用装置において、再計画作成時に再計画範囲を限定する再計画範囲定義データが与えられて、前記条件定義データを作成する再計画条件設定部を備え、制約条件を満たす再計画を得るまで徐々に再計画範囲を拡大するように条件設定を行うことを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の広域プラント運用装置における前記運用計画表示部は、前記再計画範囲定義データを参照して再計画した範囲を明示的に表示することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は上述のように、再計画を行うにつき計画作成の対象としない施設と対象とする施設との指定分けを行い、範囲を限定して再計画を行うようにしたため、効率的かつ安定的な運用を実現することができる。すなわち、再計画範囲を限定したことにより、プラント運用計画立案時の条件を柔軟に変更でき、計画と実際とが異なる場合の再計画の処理時間をできるだけ短くし、かつオペレータの負担を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態につき図面を参照して説明する。
【実施形態１】
【００１５】
図１は、本発明の実施形態１および同２の構成を併せて示すブロック線図である。
【００１６】
実施形態１は、基本的に次の要素により構成される。すなわち、要素として、上水道広域プラントを運用するオペレータとのＧＵＩを持つ条件設定部０００１、この条件設定部０００１で設定した条件を記録したファイルである条件定義データ０００４、一定期間の水の需要量を予測する需要予測部０００５、この需要予測部０００５で予測した予測需要量を記録するファイルである需要予測データ０００６、プラントの運用計画を作成する運用計画作成部０００７、この運用計画作成部０００７で作成した運用計画をオペレータに提示するためのＧＵＩを持つ運用計画表示部０００８、実際の運用と計画との差を監視する運用実績監視部０００９、およびプラント００１０を有する。
【００１７】
（作  用）
図２を参照して、実施形態１の作用を説明する。広域水運用システムでは、１時間ごとに２４時間分の輸送水量の計画を作成するものとする。処理の流れの概略は、以下のようになる。
【００１８】
需要予測部０００５は、毎日定時に、各配水区域（図２の配水区１，２）の水の需要量を１時間ごとに２４時間分予測し、需要予測データ０００６にファイルとして出力する。この需要予測部０００５に対して、運用実績監視部０００９は、プラント００１０から各配水池（図２の配水池１〜５）の水位および各管路（管路１〜６）の流量の実績値を取得し、送信する。
【００１９】
運用計画作成部０００７は、受信した水位データ、需要予測データ０００６、および条件の定義された条件定義データ０００４のデータから運用計画を作成する。そして、作成された運用計画を運用計画表示部０００８に表示し、オペレータに確認を求める。オペレータが確認した場合には、運用実績監視部０００９に運用計画値が送信される。オペレータの確認が不要な場合は、運用計画作成部０００７から直接に運用実績監視部０００９に運用計画値が送信される。
【００２０】
以上が、基本的な広域水運用システムの運用計画作成の動作である。これに加えて、実際の運用では、工事のときなどオペレータが種々の条件を設定して試験的に運用計画を作成してみることがある。
【００２１】
このような場合には、オペレータは、条件設定部０００１を用いて条件定義を行い、新しい条件定義データ０００４を作成し、運用計画作成部０００７は新しい条件定義データ０００４を用いて運用計画を作成し、運用計画表示部０００５に表示する。オペレータは、運用計画表示部０００５に表示された運用計画を評価し、他の条件設定で運用計画を作成し直す場合は、再度、条件設定部０００１にて条件定義を行う。これを繰り返して、最適もしくは準最適な運用計画を決定する。
【００２２】
需要予測データの例を、以下に示す。
【００２３】
＜需要予測データ例＞
時刻    ：１，  ２，  ３，  ４，  ５，．．．  ２２，  ２３，  ２４
配水区１：１２０，１１０，１００，  ９０，  ８０，．．  １３０，１２０，１１５
配水区２：２２０，２１０，２０５，１９０，１７０，．．  ２３０，２２５，２１０
また、水位データおよび流量データの例を、以下に示す。
【００２４】
＜水位データ例＞
時  刻  ：０
配水池１：５．２
配水池２：３．７
配水池３：４．３
配水池４：５．６
配水池５：６．４
＜流量データ例＞
時  刻：０
管路１：２
管路２：１
管路３：２
管路４：１
管路５：２
管路６：１
次に、運用計画作成部０００７の機能について、詳細に述べる。
【００２５】
各配水区の需要予測と各配水池１〜５の現在の水位とから、管路１〜６の１時間毎で２４時間分の輸送水量を計画する。計画は、各管路の輸送水量の変動がなるべく少ないようにすると同時に、各管路における水の輸送にポンプを使用する場合は、その電力料金が低くなるようにする必要がある。また、各池の水位は与えられた上、下限値を逸脱してはならず、各管路の流量は物理的な制約による流量の上、下限値以内でなければならない。さらに、ポンプの起動、停止の回数も一定以下にしなければならない。
【００２６】
このように、種々の条件の下で各管路の最適な輸送水量を求める問題は、最適化問題として定式化される。このような最適化問題では、実用的な計算時間で最適解を求めることが困難なため、種々の近似解法が提案されている。このような近似解法の一つに、遺伝的アルゴリズムがある（特許文献１）。得られた最適解または近似的な最適解を、２４時間分の運用計画とする。
【００２７】
この実施形態１では、遺伝的アルゴリズムを用いて各管路の１時間毎の輸送水量を計画するものとする。このとき、遺伝的アルゴリズムにおける個体は、各管路の各時間の輸送水量を並べたものとする。すなわち、以下のようになる。
【００２８】
＜個体例＞
時  刻：１，２，３，４，５，．．．２２，２３，２４
管路１：２，２，２，２，２，．．．  ３，  ２，  ２
管路２：１，２，２，３，３，．．．  ３，  ２，  １
管路３：２，２，２，２，２，．．．  ３，  ２，  ２
管路４：１，２，２，３，３，．．．  ３，  ２，  １
管路５：２，２，２，２，２，．．．  ３，  ２，  ２
管路６：１，１，１，２，２，．．．  ２，  １，  １
個体の適応度は、最適化問題の目的関数値として算出する。また制約条件を満たしていない個体は、その制約条件を超えた値を適応度から差し引く。このようにして、適応度を求め、遺伝的アルゴリズムの枠組みで個体を進化させ近似最適解を得る。
【００２９】
通常の運用計画作成以外の条件で最適化したい場合に利用する。工事のためにある管路が使えない場合などが、これに該当する。例えば、図２の管路４が利用できない場合の計画を立案する場合は、条件定義データとして以下のように定義する。
【００３０】
＜条件定義データ例＞
時  刻：−，１，２，３，４，５，．．．２２，２３，２４
管路１：１
管路２：１
管路３：１
管路４：０，０，０，０，０，０，．．．  ０，  ０，  ０
管路５：１
管路６：１
この条件定義データの例において、管路１〜６の「１」は、計画を作成する対象であることを示し、「０」は最適計画を作成する対象でないことを表す。「０」の後ろに続くカラムは、その管路の計画を表す。つまり、管路４は終日利用できないので、時刻１〜２４の全てが「０」となっている。
【００３１】
また、管路６の運用計画をオペレータが明示的に指定したい場合には、以下のように定義する。
【００３２】
＜条件定義データ例＞
時  刻：−，１，２，３，４，５，．．．２２，２３，２４
管路１：１
管路２：１
管路３：１
管路４：１
管路５：１
管路６：０，２，２，２，３，３，．．．  ３，  ２，  １
管路６は、最初のカラムが「０」なので計画作成対象でないことを表し、それに続くカラム「２，２，２，３，３，．．．  ３，  ２，  １」が２４時間分の運用計画を示す。このようにして、一部の管路について条件を指定するためのデータが条件定義データである。
【００３３】
遺伝的アルゴリズムにおける各個体は、計画対象でない管路に対応した部分を除いたものとなる。例えば、管路４が利用できない場合の個体は、以下のようになる。
【００３４】
＜個体例＞
時  刻：１，２，３，４，５，．．．２２，２３，２４
管路１：２，２，２，２，２，．．．  ３，  ２，  ２
管路２：１，２，２，３，３，．．．  ３，  ２，  １
管路３：２，２，２，２，２，．．．  ３，  ２，  ２
管路５：２，２，２，２，２，．．．  ３，  ２，  ２
管路６：１，１，１，２，２，．．．  ２，  １，  １
遺伝的アルゴリズムの処理は、通常時と同様に行う。
【００３５】
（実施形態１の効果）
実施形態１によれば、上述のように、オペレータが任意の管路の使用状態を指定し、その条件での運用計画の立案ができる。
【実施形態２】
【００３６】
実施形態２の構成は同じく図１に示すが、実施形態１の構成に加えて、再計画の際の条件を記録した再計画範囲定義データ０００２から再計画の範囲を読み込んで、再計画範囲に対応した条件定義データ０００４を作成する再計画条件作成部０００３を備える。この実施形態２でも、実施形態１と同様の運用計画を作成するものとする。
【００３７】
通常の運用計画の作成は、実施形態１と同様である。運用実績監視部０００９は、運用計画から算出された各時刻の各配水池の水位と実際の水位との差を監視している。一定以上の乖離を検出すると、あるいは各配水池の運用上下限値を超えると、再計画を行うように運用計画作成部０００７に指示を出し、各配水池の水位および各管路の現在流量を送信する。同時に、需要予測部０００５にも再度需要予測を行うように指示を出す。需要予測部０００５は、実施形態１と同様に需要予測を行う。
【００３８】
運用計画作成部０００７は再計画を行うが、通常の運用計画作成と同様に計画作成を行うと全ての管路の運用計画が変更になる可能性が高く、各配水池の計画水位も変更されるため、監視するオペレータにとっては負担が大きくなる。
【００３９】
そこで、再計画を行う範囲を限定して計画を作成する。どの範囲に限定して再計画を行うかを定義したものが再計画範囲定義データ０００２であり、これを再計画条件設定部０００３に読み込んで条件定義データ０００４を作成する。
【００４０】
この条件定義データ０００４を基に、通常の運用計画作成と同様に、運用計画作成部０００７において運用計画を作成する。このとき、再計画範囲が狭すぎると制約条件を満たす運用計画を作成できない場合がある。この場合には、再計画条件定義部０００３は、再度、再計画範囲定義データ０００２からより広い範囲の定義データを読み込んで、条件定義データ０００４を作成し、運用計画作成部０００７で運用計画を作成する。これを、制約条件を満たす計画が得られるまで繰り返す。再計画範囲定義データ０００２の例を、以下に示す。
【００４１】
＜再計画範囲定義データ例＞
（初期再計画管路番号表）
：初期再計画管路番号
配水池１：１
配水池２：２
配水池３：３
配水池４：４
配水池５：５
（範囲拡大順位表）
：管路番号
再計画範囲Ａ：３
再計画範囲Ｂ：４
再計画範囲Ｃ：５
再計画範囲Ｄ：２，Ａ，Ｂ
再計画範囲Ｅ：６，Ｃ
再計画範囲Ｆ：１
再計画範囲Ｇ：Ｄ，Ｅ，Ｆ
例えば、配水池４の実際の水位が計画の水位から一定以上乖離したとする。すると、再計画条件設定部０００３は、まず再計画範囲定義データ０００２における初期再計画管路番号表の配水池４の部分を参照する。初期再計画管路番号が４となっているので、管路４のみについて運用計画を作成し直す。したがって、再計画条件設定部０００３は、以下のような条件定義データ０００４を作成する。
【００４２】
＜条件定義データ＞
時  刻：−，１，２，３，４，５，．．．２２，２３，２４
管路１：０，２，２，２，２，２，．．．  ３，  ２，  ２
管路２：０，１，２，２，３，３，．．．  ３，  ２，  １
管路３：０，２，２，２，２，２，．．．  ３，  ２，  ２
管路４：１
管路５：０，２，２，２，２，２，．．．  ３，  ２，  ２
管路６：０，１，１，１，２，２，．．．  ２，  １，  １
条件定義データの書式は、実施形態１と同じである。再計画する管路は管路４のみなので、管路４の１カラム目は「１」となっており、計画対象であることを表している。他の管路は１カラム目が「０」となっていて計画対象でないことを示しており、その後ろに当初の計画どおりの計画値が記述されている。このような条件定義データを基に、実施形態１と同様に運用計画作成部０００７で計画を作成する。
【００４３】
ここで、制約条件を満たす計画が作成された場合は、運用計画表示部０００８に計画を表示する。制約条件を満たす計画を作成できなかった場合は、再計画の範囲を広げて再計画を行う。運用計画作成部０００７は、再計画条件設定部０００３に対してより広い範囲の再計画条件を設定するように指示を出す。再計画条件設定部０００３は、再計画範囲定義データ０００２の範囲拡大順位表を参照する。
【００４４】
範囲拡大順位表は、グラフで表すと図３のような木構造となっている。四角が管路を表し、円は再計画範囲を表している。最計画範囲の円を根ノードとした部分木の葉ノードの集合が再計画範囲となる。再計画範囲Ｂは管路４を含むことを表しており、範囲Ｄは管路２，３，４が含まれていることが分かる。範囲Ｇには、全ての管路１〜６が含まれていることが分かる。範囲Ｂを拡大する場合は、矢印方向に進み範囲Ｄに拡大することを示している。
【００４５】
さらに範囲Ｄを拡大する場合は、矢印方向に進み範囲Ｇに拡大することを表している。先の例では、管路４の再計画を実施したが、制約条件を満たす解を得られなかった。管路４は範囲Ｂに含まれており、これを拡大すると範囲Ｄなので、管路２，３，４を計画対象として再度、再計画を作成する。この場合の条件定義データは、以下のようになる。
【００４６】
＜条件定義データ＞
時  刻：−，１，２，３，４，５，．．．２２，２３，２４
管路１：０，２，２，２，２，２，．．．  ３，  ２，  ２
管路２：１
管路３：１
管路４：１
管路５：０，２，２，２，２，２，．．．  ３，  ２，  ２
管路６：０，１，１，１，２，２，．．．  ２，  １，  １
管路２，３，４は、１カラム目が「１」となっていて再計画対象であることを示し、管路１，５，６は再計画対象ではなく、当初の計画値を用いることを示している。管路２，３，４について再計画を実施し、制約条件を満たす解が得られない場合は再計画範囲の拡大を繰り返す。最終的に制約条件を満たす運用計画が作成できれば、運用計画表示部０００８に表示する。
【００４７】
運用計画表示部０００８では、オペレータが変更された計画を確認する。この際に、運用計画表示部０００８は運用計画作成部０００３から計画変更範囲を受信し、計画を変更した部分の系統の表示色を変えるとか、計画値の数値の表示色を変えるなどして、オペレータが変更箇所を容易に判別できるようにする。
【００４８】
（実施形態２の効果）
実施形態２によれば、再計画時に再計画する範囲を限定することでオペレータの確認の負担を軽減すると同時に、最終的に制約条件を満たす再計画を得るまでの処理時間を短縮できる。また、変更範囲を定義しておくことで、変更部分の表示を分かり易くでき、オペレータの確認の負担をさらに軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態１および同２の構成を併せて示すブロック線図。
【図２】本発明の適用対象の一例としての送水系統を示す説明図。
【図３】本発明により再計画を行う場合に参照する範囲拡大順位表をグラフ表現した説明図。
【符号の説明】
【００５０】
０００１  条件設定部
０００２  再計画範囲定義データ
０００３  再計画条件設定部
０００４  条件定義データ
０００５  需要予測部
０００６  需要予測データ
０００７  運用計画作成部
０００８  運用計画表示部
０００９  運用実績監視部
００１０  プラント
【図１】
2005222440.tif 000003
【図２】
2005222440.tif 000004
【図３】
2005222440.tif 000005